DE19954653A1 - Extruder zur Aufbereitung von Kautschukmischungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Extruder und ein Verfahren zur Aufbereitung von Kautschukmischungen, aus denen durch Vulkanisation Elastomerprodukte, insbesondere Elastomerprofile, hergestellt werden, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 10.

Bei der Herstellung von Elastomerprodukten wird zur Qualitätssicherung ein weitgehend gleichmäßiger Vernetzungsgrad während des Vulkanisationsprozesses angestrebt. Dabei sollte der Unterschied zwischen der Temperatur des Extrudates und der Temperatur des Vulkanisationsmediums nicht zu groß sein. In der Praxis wird das den Extruder verlassende Extrudat von etwa 70-100°C auf ein hohes Anfangstemperaturniveau zu Beginn der Vulkanisation von etwa 130-180°C gebracht.

Hierfür kann das Scherkopfverfahren zum Einsatz kommen, bei dem mechanische Energie eines rotierenden Scherdornes für eine Temperaturerhöhung des Extrudates genutzt wird.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, die UHF-Technologie einzusetzen, die jedoch eine aufwendige Rezepturgestaltung insbesondere bei Mischungen auf Basis unpolarer EPDM-Polymere erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Vernetzung des Kautschukprofils, dessen Temperatur auf annäherndes Vulkanisationsniveau zu bringen.

Erfindungsgemäß wird dies im Extruder erreicht, indem die Extruderschnecke derart ausgebildet ist, daß die Kautschukmischung auf ihrem Weg zum Extrusionswerkzeug durch Wärmedissipation eine Temperaturerhöhung erfährt, so daß eine Annäherung der Temperatur des Extrudates an die Vulkanisationstemperatur erfolgt.

Die Erfindung ist mit dem Vorteil verbunden, daß auf komplizierte Einrichtungen, wie Scherkopf- oder UHF-Einrichtungen, zur Temperaturerhöhung nach Extruderaustritt verzichtet werden kann.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist die Extruderschnecke in Abhängigkeit von deren Durchmesser mehrgängig ausgebildet, wobei die Gangzahl bei Vergrößerung des Durchmessers der Schnecke steigt. Bevorzugt werden Gangsteigungswinkel und Gangtiefe der Schnecke derart gewählt, daß im Extruder einer Eingangszone ansteigenden Druckes eine Ausgangszone mit Druckkonstanz oder Druckabfall folgt.

Dabei kann die Extruderschnecke als Minderleistungsschnecke mit kleinem Gangsteigungswinkel ϕ in der Ausgangszone, vorzugsweise im Bereich von ca. 7° bis 14°, ausgeführt sein.

Alternativ zu oder in Kombination mit einem kleinen Gangsteigungswinkel ϕ besteht die Möglichkeit, die Ausgangszone der Extruderschnecke mit einer kleinen Gangtiefe H zu versehen. So hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Gangtiefe H < 0,15 × Durchmesser der Schnecke zu wählen.

Um die Zylindertemperaturen, insbesondere der Ausgangszone des Extruders auf das verfahrenstechnisch erforderliche Niveau einzustellen, ohne dabei die Eingangszone zu beeinflussen, kann der Extruderzylinder aus mehreren Baueinheiten bestehen, die voneinander durch Isolierringe thermisch getrennt sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in den Spritzkopf des Extruders ein Druckstück eingesetzt, um die Mischungstemperatur der Kautschukmischung durch Anpassung bzw. Erhöhung des Druckes sowohl im Schneckenkanal als auch im Spritzkopf durch Umsetzung der Druckenergie weiter zu erhöhen und die mittlere Verweilzeit bei erhöhten Mischungstemperaturen zu verringern.

Des weiteren wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Aufbereitung von Kautschukmischungen in einem Schneckenextruder in Vorbereitung der Herstellung von Elastomerprodukten, insbesondere Elastomerprofilen, bei dem die Kautschukmischung dem Extruder zugeführt, in diesem plastifiziert und in einem Extrusionswerkzeug in die vom Einsatzzweck bestimmte Form gebracht wird, um danach durch Wärmeeintrag in das Extrudat einen Vulkanisationsprozess zu durchlaufen, indem erfindungsgemäß die Kautschukmischung auf dem Weg im Extruder im wesentlichen kontinuierlich aufgeheizt wird, so daß die Temperatur des Extrudates nach Verlassen des Extruders der Vulkanisationstemperatur angenähert wird.

Gemäß einer zweckmäßigen Verfahrensdurchführung wird zur Erhöhung der Extrudattemperatur auf annäherndes Vulkanisationsniveau eine Schnecke eingesetzt, deren Geometrie derart ausgelegt ist, daß eine Temperaturerhöhung in der Kautschukmischung durch Wärmedissipation eintritt.

Vorzugsweise wird dabei die Wärmedissipation in der Kautschukmischung durch erhöhte Drehzahl der Schnecke bei vergleichsweise geringem Durchsatz erreicht.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Extruder mit erfindungsgemäßer Schnecke,

Fig. 2 ein Kennfeld einer solchen Schnecke und

Fig. 3 eine graphische Darstellung zu im stationären Betriebszustand des Extruders erzielbaren Mischungstemperaturen.

Der in Fig. 1 dargestellte Extruder besteht im wesentlichen aus einem Zylinder 1, einer im Zylinder 1 drehbar angeordneten Schnecke 2 und einem Spritzkopf 3 mit eingesetztem Druckstück 4 und Extrusionswerkzeug 5.

Der Zylinder 1 ist durch einen Isolierring 6 in eine Zylindereingangszone 7 und eine Zylinderausgangszone 8 geteilt, die Hohlräume 9 und 10 zur Temperierung des Zylinders 1 aufweisen.

Die Schnecke 2 besteht aus einer Schneckeneingangszone 11 und einer Schneckenausgangszone 12, die sich im Gangsteigungswinkel ϕ und in der Gangtiefe H voneinander unterscheiden. So weist die Schneckenausgangszone 12 gegenüber der Schneckeneingangszone 11 einen kleineren Gangsteigungswinkel ϕ von 7° bis 14° und eine kleinere Gangtiefe H auf.

Der strömungsgünstig geformte Spritzkopf 3 ermöglicht in Verbindung mit dem eingesetzten Druckstück 4 eine Anpassung bzw. Erhöhung des Druckes sowohl im Schneckenkanal als auch im Spritzkopf 3 durch Umsetzung der Druckenergie und eine Verringerung der mittleren Verweilzeit der Mischung im Extruder bei erhöhten Mischungstemperaturen.

Bei Betrieb des Extruders wird das Kautschukgemisch von der Eingangszone 11 der Schnecke 2 in Richtung der Ausgangszone 12 derselben gefördert, wobei durch eine erfindungsgemäße Auswahl von Gangsteigungswinkel ϕ und Gangtiefe H ein Überfahren der Zylinderausgangszone 8 durch die Zylindereingangszone 7 erreicht wird, so daß eine Verringerung von Druck- und Leckströmung eintritt und damit die thermische Prozessführung verbessert wird.

Des weiteren kann infolge der erfindungsgemäß eintretenden Vergrößerung des Oberflächen-Nolumenverhältnisses in der Ausgangszone 12 die Mischungstemperatur in den langsam fließenden Wandbereichen vergleichsweise genau kontrolliert werden.

Eine Schnecke 2, die die beschriebenen Wirkungen erbringt, hat beispielsweise folgende Abmessungen:

In Fig. 2 ist das Kennfeld einer solchen Schnecke 2 als Förderstrom über dem Druck dargestellt. Als Kautschukmischung wurde eine Mischung auf Basis von EPDM verwendet. Unterschiedliche Kennlinien beziehen sich, wie aus Fig. 2 erkennbar, auf unterschiedliche Drehzahlen der Schnecke 2. Das Vernetzungsverhalten der Kautschukmischung sollte dabei so eingestellt sein, daß eine 10%ige Vernetzung bei 140°C nach mehr als 3 Minuten erreicht wird.

Die bei Betrieb des Extruders mit erfindungsgemäß ausgeführter Schnecke 2 erreichbaren Massetemperaturen sind in Abhängigkeit von den Drehzahlen der Schnecke 2 bei unterschiedlichen Drücken und Temperaturen für eine Mischung auf Basis EPDM in Fig. 3 dargestellt.

Claims (12)

1. Extruder zur Aufbereitung von Kautschukmischungen für Elastomerprodukte, insbesondere kontinuierlich hergestellte Elastomerprofile, mit einem Zylinder (1), einer im Zylinder (1) drehbar gelagerten Schnecke (2) zum Einziehen, Fördern und Homogenisieren der Kautschukmischung und einem Spritzkopf (3) mit eingesetztem Extrusionswerkzeug (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (2) derart ausgebildet ist, daß die Kautschukmischung auf ihrem Weg zum Extrusionswerkzeug (5) durch Wärmedissipation eine Temperaturerhöhung erfährt, so daß eine Annäherung der Temperatur des Extrudates an die Vulkanisationstemperatur erfolgt.

2. Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Extruderschnecke (2) in Abhängigkeit von deren Durchmesser mehrgängig ausgebildet ist, wobei die Gangzahl bei Vergrößerung des Durchmessers der Schnecke (2) steigt.

3. Extruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Auswahl von Gangsteigungswinkel und Gangtiefe der Schnecke (2) im Extruder eine Eingangszone (11) mit ansteigendem Druck in der Kautschukmischung und eine Ausgangszone (12) mit konstantem bzw. fallendem Druck entsteht.

4. Extruder nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Extruderschnecke als Minderleistungsschnecke (2) mit kleinem Gangsteigungswinkel 9 in der Ausgangszone (12) ausgeführt ist.

5. Extruder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gangsteigungswinkel ϕ in der Ausgangszone ca. 7° bis 14° beträgt.

6. Extruder nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangszone (12) der Extruderschnecke (2) eine kleine Gangtiefe H aufweist.

7. Extruder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gangtiefe H kleiner als 0,15 × Durchmesser der Schnecke (2) ist.

8. Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1) aus mindestens zwei Baueinheiten besteht, die durch Isolierringe (6) zur thermischen Entkopplung voneinander getrennt sind.

9. Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Spritzkopf (3) ein Druckstück (4) zur Verringerung des freien Volumens und ggf. Erhöhung des Druckes eingesetzt ist.

10. Verfahren zur Aufbereitung von Kautschukmischungen in einem Schneckenextruder in Vorbereitung der Herstellung von Elastomerprodukten, insbesondere Elastomerprofilen, bei dem die Kautschukmischung dem Extruder zugeführt, in diesem plastifiziert und in einem Extrusionswerkzeug in die vom Einsatzzweck bestimmte Form gebracht wird, um danach durch Wärmeeintrag in das Extrudat einen Vulkanisationsprozess zu durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kautschukmischung auf dem Weg im Extruder im wesentlichen kontinuierlich aufgeheizt wird, so daß die Temperatur des Extrudates nach Verlassen des Extruders der Vulkanisationstemperatur angenähert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Extrudattemperatur auf annäherndes Vulkanisationsniveau eine Schnecke eingesetzt wird, deren Geometrie derart ausgelegt ist, daß eine Temperaturerhöhung in der Kautschukmischung durch Wärmedissipation eintritt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedissipation in der Kautschukmischung durch erhöhte Drehzahl der Schnecke bei vergleichsweise geringem Durchsatz erreicht wird.